CN104928600B - 工程机械传动***用的非调质钢及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工程机械及卡车传动***用非调质钢及制造方法,非调质钢的碳含量在0.38‑0.44％(重量)，硅含量在0.2‑0.4％(重量)，锰含量在1.4‑1.6％(重量)，硫含量在0.045‑0.075％(重量)，铬含量在0.2‑0.6％，钒含量在0.01‑0.08％(重量)，铌含量在0.01‑0.03％(重量)，钛含量在0.01‑0.03％(重量)，非调质钢的钼含量大于0.2％(重量)，磷含量大于0.03％(重量)，铜含量大于0.3％(重量)，镍含量大于0.2％(重量)。本发明的工程机械及卡车传动***用非调质钢及制造方法的非调质钢不仅强度达到了调质钢的水平，而且其疲劳强度远远超过调质钢。

Description

工程机械传动***用的非调质钢及制造方法

技术领域

本发明涉及轧钢技术领域，尤其涉及一种工程机械传动***用非调质钢及制造方法。

背景技术

基于对强度和耐磨性等参数的要求，目前大型工程机械和卡车的传动***大部分零部件均使用钢铁材料。随着现代工程机械产品功率越来越大，机械结构的自身重量也增加。而重量的增加则导致机械结构工作的灵活性受到影响，为了有效的降低机械结构的自身重量，需要使用高强度且轻量化的新材料。采用高强度且轻量化的材料可以提高零部件整体运行性能，减少动力损耗，相应提高输出动力比，使机械运行的效率提高。

非调质钢是一种通过采用微合金化技术与控轧锻控冷工艺相结合，省去了调质处理工序来制造生产的节能环保型材料。目前非调质钢已经广泛应用于乘用车领域，但由于成本等因素的制约，其在工程机械及卡车上的应用尚未普及。尤其在国内受冶金质量和制造水平的限制，目前尚没有适用于工程机械及卡车传动***的非调质钢。

因此，如何提供适用于工程机械及卡车传动***的非调质钢就成为亟待解决的问题。

发明内容

为解决现有技术没有适用于工程机械及卡车传动***的非调质钢的问题，本发明提供了一种工程机械及卡车传动***用非调质钢一种工程机械及卡车传动***的非调质钢，所述非调质钢的碳含量在0.38-0.44％(重量)，硅含量在0.2-0.4％(重量)，锰含量在1.4-1.6％(重量)，硫含量在0.045-0.075％(重量)，铬含量在0.2-0.6％，钒含量在0.01-0.08％(重量)，铌含量在0.01-0.03％(重量)，钛含量在0.01-0.03％(重量)，

所述非调质钢的钼含量大于0.2％(重量)，磷含量大于0.03％(重量)，铜含量大于0.3％(重量)，镍含量大于0.2％(重量)。

所述非调质钢的金相组织为铁素体加珠光体组织。

所述非调质钢的抗拉强度为800-950MPa。

所述非调质钢的0.2％规定非比例延伸强度为500MPa以上。

本发明还提供了一种制造所述的工程机械及卡车传动***的非调质钢的方法，包括：主化学成分添加钒、铌、钛后，采用开锻温度1090-1180℃进行锻造，终锻温度930-1050℃进行冷却。

所述开锻温度为1100℃。

所述终锻温度为950℃。

本发明的工程机械及卡车传动***用非调质钢及制造方法可以获得性能上超过Cr调质钢的非调质钢。并且本发明的非调质钢不仅强度达到了调质钢的水平，而且其疲劳强度远远超过调质钢，可以有效的提高工程机械及卡车传动***的安全性和可靠性，可以创造很好的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一个实施例的疲劳试验用非调制钢试样的金相图；

图2是本发明的一个实施例的非调质钢半轴样品照片；

图3是本发明的一个实施例的非调质钢制半轴样品1#的损坏照片；

图4A为本发明工程机械及卡车传动***的非调质钢在20℃/S的冷速条件下的奥氏体连续冷却转变组织金相图；

图4B为本发明工程机械及卡车传动***的非调质钢在8℃/S的冷速条件下的奥氏体连续冷却转变组织金相图；

图4C为本发明工程机械及卡车传动***的非调质钢在4℃/S的冷速条件下的奥氏体连续冷却转变组织金相图；

图4D为本发明工程机械及卡车传动***的非调质钢在2℃/S的冷速条件下的奥氏体连续冷却转变组织金相图；

图4E为本发明工程机械及卡车传动***的非调质钢在1.5℃/S的冷速条件下的奥氏体连续冷却转变组织金相图；

图4F为本发明工程机械及卡车传动***的非调质钢在1℃/S的冷速条件下的奥氏体连续冷却转变组织金相图；

图4G为本发明工程机械及卡车传动***的非调质钢在0.5℃/S的冷速条件下的奥氏体连续冷却转变组织金相图；

图4H为本发明工程机械及卡车传动***的非调质钢在0.15℃/S的冷速条件下的奥氏体连续冷却转变组织金相图；

图4I为本发明工程机械及卡车传动***的非调质钢在0.05℃/S的冷速条件下的奥氏体连续冷却转变组织金相图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一个实施例的一种工程机械及卡车传动***的非调质钢可以包括：非调质钢的碳含量在0.38-0.44％(重量)，硅含量在0.2-0.4％(重量)，锰含量在1.4-1.6％(重量)，硫含量在0.045-0.075％(重量)，铬含量在0.2-0.6％，钒含量在0.01-0.08％(重量)，铌含量在0.01-0.03％(重量)，钛含量在0.01-0.03％(重量)。

非调质钢的钼含量大于0.2％(重量)，磷含量大于0.03％(重量)，铜含量大于0.3％(重量)，镍含量大于0.2％(重量)。

具体的，碳是影响钢材性能的重要元素，钢材碳含量的不同，相应的钢材特性也就不同。碳含量的提高可以有效的提高钢材的强度，但是碳含量过高则会降低钢材的冲击韧性和疲劳性能。发明人通过实验和研究，将碳含量设计成0.38-0.44％(重量)，可以使非调质钢有效的满足工程机械及卡车传动***的要求。

根据工程机械及卡车传动***所用调质钢的性能要求，发明人通过实验和结合多年积累的生产经验，进一步确定了非调制钢的化学成分。由于铬(Cr)能够有效的提高钢材的强度，并能够使钢材表面钝化，具有一定的抗氧化和抗腐蚀的能力。为保证非调质钢的力学性能指标，本实施例将非调质钢的铬含量设计为0.2-0.6％(重量)。锰(Mn)能改善基体组织铁素体和珠光体的冲击韧性，削弱和消除硫的不良影响，具有固熔强化作用，其能够提高钢材的屈服强度和抗拉强度。根据工程机械及卡车传动***所用调质钢的需要，本实施例的非调质钢的锰含量设计成1.4-1.6％(重量)。

硫(S)一般被认为是影响钢材性能的有害元素，其会引起钢材产生“热脆”现象。另外钢中的硫含量的增加也会引起硫化物夹杂增多，相应降低钢材的塑韧性。但是硫元素能够改善钢材的易切削性，刚才中良好的硫化物分布可以使钢材在车加工过程中更好的进行断屑，带走由于车加工所产生的热量，从而省去冷却水，更加的有利于节能环保，有利于零件的制造。基于上述考虑，本实施例的非调质钢的硫含量设计成0.045-0.075％(重量)，以使非调质钢具备良好的切削性能。

钒(V)是最常用且有效的微合金化强化元素，它能以V(C，N)在奥氏体晶界的铁素体析出钉扎奥氏体晶界，从而细化钢材的组织和晶粒，进而提高钢材的综合力学性能。本实施例的非调质钢添加了0.01-0.08％(重量)的钒来提高非调质钢的综合力学性能。

在钢材中加入微量铌(Nb)合金，在钢材的加热过程中可以提高晶粒粗化温度，阻止奥氏体晶粒长大。在热变形过程中，铌的碳化物能阻止再结晶后晶粒长大，使晶粒细化，扩大奥氏体未再结晶区。从而使相变后铁素体晶粒细化。此外通过铁素体基体中的微细碳化铌(NbC)的析出强化和铌造成的晶粒细化效果，相应起到强化的作用。钛(Ti)是缩小γ相区元素和强化铁素体的元素，它和炭、氧、氮都有极大的亲和力，并能形成稳定的化合物，钢材中加入微量的钛可以起到细化晶粒和防止钢锭出现裂纹缺陷的作用。本实施例的非调质钢添加0.01-0.03％(重量)的铌和0.01-0.03％(重量)的钛来细化晶粒，提高非调质钢的综合力学性能，使其满足工程机械及卡车传动***的使用要求。

表1是发明人在实验过程中选择的三组组分配比不同的实验材料的各元素的重量百分比。

表1三种实验材料的各元素重量百分比

表2是发明人针对上述三种实验材料与40Cr调质钢的力学性能对比。

表2三种实验材料与40Cr调质钢的力学性能对比

由表2可以看出，本实施例的三种实验非调质钢材料的性能均超过了40Cr调质钢的性能。

图1是本发明的一个实施例的疲劳试验用非调制钢试样的金相图，如图1所示，本发明的疲劳试验用非调制钢从热轧态的棒材上截取旋转弯曲疲劳试样(标距段直径5.97mm，长度30mm)和附带的拉伸样(l0＝5d0,d0＝5mm)的坯料，并精加工成成品。试验料的金相组织主要为铁素体+片层状珠光体。

表3为非调质钢的旋转弯曲疲劳试验结果。由表3可见，本实施例的非调质钢的疲劳极限比接近0.50，即具有与调质钢相当的疲劳性能。在扫描电子显微镜(SEM)下观察所有疲劳试样断口，其疲劳裂纹均在试样的表面基体处萌生，呈放射状在基体中扩展。

表3非调质钢的旋转弯曲疲劳试验结果

发明人使用本实施例的非调质钢制造的非调质钢半轴进行了台架试验。半轴样品8件，样品编号为1#-8#。样品相关参数见表4。

表4非调质钢半轴总成相关参数

图2是本发明的一个实施例的非调质钢半轴样品照片，如图2所示，试验按《客车桥半轴对标样品台架试验》试验大纲进行，同时对42CrMoH调质钢制半轴进行了同样的台架试验。

表5是本发明的一个实施例的非调质钢制半轴质量测量结果。表6是本发明的一个实施例的非调质钢制半轴静扭转刚度和静扭转强度试验结果。

表5非调质钢制半轴质量测量结果

样品编号	1#	2#	3#
				半轴质量(kg)	28.2	28.2	28.2

表6非调质钢制半轴静扭转刚度和静扭转强度试验结果

图3是本发明的一个实施例的非调质钢制半轴样品1#的损坏照片。从非调质钢制半轴静扭转强度试验结果看，三件样品的后备系数都超过2.5，相对于同类产品，其后备系数相对偏高。同时从表7所示的非调质钢制半轴样品的扭转疲劳寿命试验结果看，其B50寿命值为80.8万次，B10寿命值为39.5万次。与同类产品比较，该半轴的扭转疲劳寿命较高。而42CrMoH调质钢制半轴的扭转疲劳寿命仅刚好满足产品标准的要求(B10≥20万次，B50≥30万次)。即本发明的非调质钢制半轴的疲劳寿命提高了100％以上。从试后失效分析结果来看，非调质钢制半轴的金相组织、硬度及杆部的有效硬化层深度均符合产品技术条件要求。

表7非调质钢制半轴样品的扭转疲劳寿命试验结果

优选的，非调质钢的金相组织为铁素体加珠光体组织。这样可以有效的使工程机械及卡车传动***的非调质钢达到产品技术要求。

优选的，非调质钢的抗拉强度为800-950MPa。这样可以有效的使工程机械及卡车传动***的非调质钢达到产品技术要求。

进一步优选的，非调质钢的0.2％规定非比例延伸强度为500MPa以上。这样可以有效的使工程机械及卡车传动***的非调质钢达到产品技术要求。

根据上述产品样品参数表格选取合适的非调质钢的组分配比，可以使工程机械及卡车传动***的非调质钢达到上述产品技术要求。

本实施例的工程机械及卡车传动***的非调质钢性能上已经超过了Cr调质钢。并且本实施例的非调质钢不仅强度达到了调质钢的水平，而且其疲劳强度远远超过调质钢，可以有效的提高工程机械及卡车传动***的安全性和可靠性，可以创造很好的经济效益。

本发明的一个实施例的一种制造工程机械及卡车传动***的非调质钢的方法可以包括：主化学成分添加钒、铌、钛后，采用开锻温度1090-1180℃进行锻造，终锻温度930-1050℃进行冷却。

具体的，钢锭加热至1100℃和1180℃，然后保温1小时。终锻温度(FT)分别控制在950℃和1050℃，并以风冷(F.C.)、空冷(A.C.)和坑冷(B.C.)方式冷却至室温。

表8是本实施例的非调质钢的实验料的主要化学成分，发明人选择了两种配比不同的试验料M1和M2，其中单位为重量百分比。

表8非调质钢的实验料的主要化学成分

表9是在不同锻造条件下锻造的本实施例的非调质钢试验料的拉伸实验结果。

表9是在不同锻造条件下锻造的非调质钢试验料的拉伸实验结果

表10是在不同锻造条件下锻造的本实施例的非调质钢试验料的冲击实验结果，其中单位是J。

表10是在不同锻造条件下锻造的非调质钢试验料的冲击实验结果

根据上述实验结果，通过对两种加热工艺，三种冷却方式进行成分及工艺优选试验，得出非调质钢主化学成分添加钒、铌、钛后，锻造温度采用开锻温度1100℃，终锻温度950℃冷却方式时，非调质钢的综合力学性能最好，且综合性能指标全部达到了设计指标要求。

因此，本实施例的制造工程机械及卡车传动***的非调质钢的优选开锻温度可以为1100℃。

本实施例的制造工程机械及卡车传动***的非调质钢的优选的终锻温度可以为950℃。

表11是表1所示的实施例的非调质钢在制造过程中采用不同冷速条件下相变组织的维氏硬度，图4A至图4I为本发明工程机械及卡车传动***的非调质钢在不同的的冷速条件下的奥氏体连续冷却转变组织金相图。如表11和图4A至图4I所示，本实施例制造的非调质钢在不同冷速条件下维氏硬度是不同的，根据此表可以选择制造时的最佳冷速条件，以使产品获得较佳的维氏硬度值，从而获得合格的非调质钢产品。

表11非调质钢在不同冷速条件下相变组织的维氏硬度

本实施例的制造工程机械及卡车传动***的非调质钢的方法制造的非调质钢性能上已经超过了Cr调质钢。并且本实施例的非调质钢不仅强度达到了调质钢的水平，而且其疲劳强度远远超过调质钢，可以有效的提高工程机械及卡车传动***的安全性和可靠性，可以创造很好的经济效益。

本发明的工程机械及卡车传动***用非调质钢及制造方法可以获得性能上超过Cr调质钢的非调质钢。并且本发明的非调质钢不仅强度达到了调质钢的水平，而且其疲劳强度远远超过调质钢，可以有效的提高工程机械及卡车传动***的安全性和可靠性，可以创造很好的经济效益。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种工程机械传动***用的非调质钢，其特征在于，所述非调质钢的碳含量在0.38％(重量)，硅含量在0.2％(重量)，锰含量在1.6％(重量)，硫含量在0.075％(重量)，铬含量在0.6％，钒含量在0.01％(重量)，铌含量在0.01％(重量)，钛含量在0.01％(重量)，

所述非调质钢的钼含量为0.01％(重量)，磷含量为0.03％(重量)，铜含量为0.02％(重量)，镍含量为0.04％(重量)；

所述非调质钢中剩余含量为铁。

2.根据权利要求1所述的工程机械传动***用的非调质钢，其特征在于，所述非调质钢的金相组织为铁素体加珠光体组织。

3.根据权利要求1所述的工程机械传动***用的非调质钢，其特征在于，所述非调质钢的抗拉强度为800-950MPa。

4.根据权利要求3所述的工程机械传动***用的非调质钢，其特征在于，所述非调质钢的0.2％规定非比例延伸强度为500MPa以上。

5.一种制造权利要求1至4中任一权利要求所述的工程机械传动***用的非调质钢的方法，其特征在于，包括：主化学成分添加钒、铌、钛后，采用开锻温度1090-1180℃进行锻造，终锻温度930-1050℃进行冷却。

6.根据权利要求5所述的制造工程机械传动***用的非调质钢的方法，其特征在于，所述开锻温度为1100℃。

7.根据权利要求6所述的制造工程机械传动***用的非调质钢的方法，其特征在于，所述终锻温度为950℃。